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液相範德華外延合成超薄石墨炔膜

戰勝傳統外延法的短闆

低維的碳同素異形體由于極好的性質和諸多潛在應用而備受關注。其中,石墨炔(GDY)具有适中的帶隙和室溫下的高電子遷移率,且其高度π共轭體系和有序的多孔結構有希望應用于催化、氣體分離、能源等領域。但是在聚合過程中,1)單體中炔烴基與苯環之間橋連的單鍵可以自由旋轉,導緻生長非平面的晶體框架;2)傳統外延生長法要求GDY與基底材料晶格适配;3)Ehrlich-Schwoebel(ES)能壘導緻單體分子在外延層上富集并成核,促使面外的層層堆疊。因此,制備真正意義上的二維GDY仍然困難重重。

為了解決這一難題,北京大學的劉忠範教授、張錦教授、童廉明副研究員及阿蔔杜拉國王科技大學的韓宇教授課題組共同提出一種簡單的液相範德華外延的方法,成功在石墨烯基底上生長出二維的超薄單晶GDY膜。在合成過程中,由于六乙炔基苯(HEB)單體與石墨烯基底的結合能高于GDY,這些單體在熱動力學上更傾向于優先吸附在石墨烯上進行面内的埃格林頓耦合反應。同時,這種基于範德華作用的外延生長極大地減弱晶格失配和ES能壘的影響,而且以原子級平整的石墨烯為基底使得GDY傾向于在面内耦合構築成平整結構。此外,理論計算與高分辨表征等結果表明石墨炔具有ABC堆垛結構、結晶性優異等性質。

低維碳材料合成問題迎刃而解

本文提出的新穎的液相範德華外延方法,通過選擇合适的單體和基底,為設計和合成其他不同程度sp和sp2雜化的二維乙炔碳的同素異形體提供了思路。本文方法新穎,設計獨特,使得該工作成功發表在Sci. Adv.上。

來源:二維加

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